JP5905332B2 - 半導体発光素子用封止剤、これを用いた硬化膜及び半導体発光装置 - Google Patents
半導体発光素子用封止剤、これを用いた硬化膜及び半導体発光装置 Download PDFInfo
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Description
そこで、本発明は、半導体発光装置の用途において要求される、硬化膜における蛍光体の所望の分散状態と良好な製造適性とを実現することができる粘性及びその温度特性を有する半導体発光装置の封止剤及びこれを用いた半導体発光装置の提供を目的とする。
〔1〕半導体発光装置用の封止剤をリフレクターパッケージのキャビティ内で硬化させて、半導体発光素子の少なくとも一部を覆う硬化膜を形成する熱硬化性の封止剤であって、
蛍光体を含有させて用いるものであり、
前記封止剤は硬化性化合物として、イソシアヌレート骨格を有するモノマー、ノルボルナン骨格を有するモノマー、アダマンタン骨格を有するモノマー、リン酸基含有モノマー、または下記式(21)で表されるビスフェニレン基を有するモノマーであってかつ平均分子量(ポリスチレン換算)1,000以下のアクリレートモノマーを含み、該封止剤の25℃における粘度η25が1,000mPa・sec以上1,000,000mPa・sec以下であり、かつ、50℃における粘度η50との比率η25/η50が10以上である半導体発光素子用封止剤。
〔2〕前記アクリレートモノマーが前記封止剤中の有機硬化成分全量に対して70質量%超である〔1〕に記載の半導体発光素子用封止剤。
〔3〕前記アクリレートモノマーが水酸基(OH)含有化合物を含む〔1〕または〔2〕に記載の半導体発光素子用封止剤。
〔4〕前記アクリレートモノマーが、前記イソシアヌレート骨格を有するモノマー、前記リン酸基含有モノマーまたは前記ビスフェニレン基を有するモノマーである〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載の半導体発光素子用封止剤。
〔5〕前記アクリレートモノマーが下記式(1)で表される化合物を含む〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載の半導体発光素子用封止剤。
〔6〕前記封止剤の50℃における粘度η50が1mPa・sec以上5,850mPa・sec以下である〔1〕〜〔5〕のいずれかに記載の半導体発光素子用封止剤。
〔7〕2種類以上の前記アクリレートモノマーをブレンドして用いる〔1〕〜〔6〕のいずれかに記載の半導体発光素子用封止剤。
〔8〕さらに蛍光体を含有させた〔1〕〜〔7〕のいずれかに記載の半導体発光素子用封止剤。
〔9〕前記蛍光体の平均粒径が1〜100μmである〔8〕に記載の半導体発光素子用封止剤。
〔10〕前記蛍光体の比重が2〜10である〔8〕または〔9〕に記載の半導体発光素子用封止剤。
〔11〕〔1〕〜〔10〕のいずれかに記載の封止剤を硬化してなる硬化膜の製造方法。
〔12〕半導体発光装置用の封止剤をリフレクターパッケージのキャビティ内で硬化させて硬化膜とする工程を有する半導体発光装置の製造方法であって、
〔1〕〜〔10〕のいずれかに記載の半導体発光素子用封止剤を準備する工程、該封止剤をリフレクターパッケージのキャビティに充填する工程、充填された封止剤を25℃〜90℃の範囲で加熱して均熱する工程、および前記均熱後の充填材を100℃〜200℃の範囲で加熱して硬化する工程を含む半導体発光装置の製造方法。
本発明の封止剤は、アクリレートモノマーを含有し、その有機硬化成分として実質的に当該アクリレートモノマーのみからなることが、好ましい。ここで、アクリレートモノマーとは、置換基を有してもよいアクリロイル基を有する重合性化合物をいい、アクリロイル基(無置換)もしくはメタクリロイル基(メチル置換)を有することが好ましい。特定のアクリレートモノマーは、硬化性組成物として通常用いられるものを適用することができるが、イソシアヌレート骨格を有するモノマー、ビスフェニレン基を有するアクリレートモノマー、ノルボルナン骨格を有するアクリレートモノマー、アダマンタン骨格を有するモノマー、もしくはリン酸含有アクリレートモノマーを用いることが好ましい。なお、本明細書において骨格とは、該当する分子の主要部を有する残基を意味する。また、アクリロイル基とは広義には無置換及び置換基を有するものを含む意味であり、狭義には無置換のものを意味する。特に断らない限りは、広義の意味で用いる。このことは、アクリレートなどというときにも同様である。
本発明においては、アクリレートモノマーとして、下記式(1)で表されるイソシアヌレート骨格を有する化合物を用いることが好ましい。
式中のR1、R2、R3は、それぞれ独立に、水酸基、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数1〜10のアルコキシ基、炭素数6〜24のアリールオキシ基、炭素数6〜24のアリール基、下記式(I)で表されるアクリロイルオキシ基、又は下記式(II)で表されるアシルオキシ基を表す。Laは単結合または炭素数1〜4のアルキレン基を表す。ただし、R1、R2、及びR3の少なくとも1つは前記アクリロイルオキシ基である。
R1、R2、R3、Rbがアリール基のとき、アリール基は、単環でも複環でもよい意味である。アリール基としては中でもフェニル基が好ましい。
本明細書において、アルキル基及びアリール基は、さらに置換基を伴っていてもよく、その例としては後記置換基Tが挙げられる。
前記アクリレートモノマーは下記式(21)で表されるものであることが好ましい。
R21、R22は置換基を表し、その好ましいものは後記置換基Tの例が挙げられる。
Acはアクリロイルオキシ基を表し、その好ましい例は前記式(I)で表される基が挙げられる。
Leは単結合または連結基を表す。その好ましい範囲としては、環状もしくは鎖状(分岐もしくは直鎖)のアルキレン基、アリーレン基、ヘテロアリーレン基、オキシ基(−O−)、カルボニル基、アミノ基(−NR−:Rは水素原子もしくは有機基)、またはそれらの組合せが挙げられる。なかでも好ましくは、炭素数1〜10のアルキレン基もしくは炭素数1〜10のオキシ基を有することあるアルキレン基であり、より好ましくは、酸素原子で式中のベンゼン環に結合する、炭素原子数1〜4のオキシ基を有することあるアルキレン基である。
前記のとおり、アクリレートモノマーは水酸基を有することが好ましく、上記連結基Leが水酸基を有することが好ましい。
Lfは連結基を表す。その例として、−O−、−CH2−、−C(CH3)H−、−C(CH3)2−、−C(CH3)(Ph)−、−C(CF3)2−、−C(CH3)(C2H5)−、−C(Ph)2−、C(=CCl2)−、−SO2−などが挙げられる。その他、Lfとして、下記式で表されるものも挙げられる。
本発明に好適に用いられる脂環式炭化水素骨格を有するアクリレートモノマーとしては、前記ノルボルナン骨格を有するアクリレートモノマーもしくはアダマンタン骨格を有するアクリレートモノマーが挙げられる。具体的には、下記式(11)または(12)で表されるモノマーが挙げられる。
Ldは単結合または連結基を表す。その好ましい範囲は前記Laと同様である。
Acは置換基を有していてもよいアクリロイルオキシ基を表す。Acの好ましいものは、後記式(I)と同義である。
前記アクリレートモノマーは下記式(31)または(32)で表されるものであることも好ましい。
Acはアクリロイルオキシ基を表し、その好ましい例は前記式(I)で表される基が挙げられる。
Lgは連結基を表し、その好ましい範囲は前記Leと同様である。
本発明の封止剤は特定の分子量と特定の粘度特性とを有する。以下、この点について詳細に説明する。
本発明においてアクリレートモノマーの分子量は1,000以下であり、700以下であることが好ましい。下限は特にないが、100以上であることが好ましく、200以上であることがより好ましい。分子量を上記下限値以上とすることで樹脂硬化工程中にモノマーが揮発することを防ぐことができ好ましい。上記上限以下とすることで、高温時に粘度を低減させやすくすることができることが本発明の特徴の1つである。なお、分子量は特に断らない下記実施例に記載の方法で測定した。
・低温粘度(η25)
本発明の封止剤は、その硬化前25℃における粘度η25が1,000mPa・sec以上1,000,000mPa・sec以下である。下限値としては、2,000mPa・sec以上であることがより好ましく、3,000mPa・sec以上であることが特に好ましい。上限値としては、100,000mPa・sec以下であることがより好ましく、10,000mPa・sec以下であることが特に好ましい。この値を、前記下限値以上とすることで、蛍光体を長時間安定分散することができ好ましい。一方、前記上限値以下とすることで、取り扱いや搬送が容易になり好ましい。
本発明の封止剤において、硬化前50℃における粘度η50は特に限定されないが、1mPa・sec以上5,000mPa・sec以下であることが好ましい。下限値としては、5mPa・sec以上であることがより好ましく、10mPa・sec以上であることが特に好ましい。上限値としては、3,000mPa・sec以下であることがより好ましく、1,000mPa・sec以下であることが特に好ましい。この値を、前記下限値以上とすることで、液こぼれや意図せざるギャップへの染み込みを抑制することができ好ましい。一方、前記上限値以下とすることで、蛍光体を沈降させることができ好ましい。
本発明の封止剤は、その前記25℃における粘度η25と50℃における粘度η50との比率η25/η50が10以上である。これは、20以上であることがより好ましく、30以上であることが特に好ましい。上限値としては、特に限定されないが、1,000以下であることが実際的である。本発明においては、低下率を、前記下限値以上とすることが特徴の1つである。具体的には、これにより低温において流動させすぎず良好な製造適性を実現する。一方、加熱することにより封止剤の流動性を急激に上昇させ、そこに含有される蛍光体の沈降を適度にうながし、図1に示したように半導体発光素子周辺にこれが偏在した形態を実現することができる。そして、そのまま加熱温度を上昇させることにより、封止剤中のモノマーを重合硬化させることができ、硬化された硬化膜(封止材)を有する製品とすることができる。
η25/η50 > a・Log10(η25)+b ・・・F1
η25/η50 < c・Log10(η25)+d ・・・F2
a= 34
b= −200
c= 34
d= 50
本発明の封止剤においては、アクリレートモノマーの濃度は、当該組成物の有機硬化成分全量に対して70質量%超であることが好ましく、80質量%以上であることがより好ましく、85質量%以上であることが特に好ましく、90質量%以上であることが特に好ましい。上限は特になく、実質的に100質量%程度であることが特に好ましい。ここで実質的にとしたのは、残溶媒が0〜10質量%程度の割合で混入することがあり、本発明の効果を損ねない範囲でそのような不可避混入物の存在を許容するものである。あるいは、封止剤の粘度を下げる必要がある場合などには、必要量の添加剤ないし溶媒を付与してもよい。また、本発明の封止剤は、必須成分に加え後記重合開始剤や重合禁止剤など必要に応じて任意成分を含んでもよいが、無溶媒で用いることが好ましい。このように無溶媒でありながら十分な流動性と好適な粘性を有するため、半導体発光素子の封止剤の成形性に優れる。とりわけポッティングによる成形に効果的に対応することができ、モールド成形などと比し、大幅な製造効率の改善にも資するものである。なお、封止剤の有機硬化成分とは炭素原子を含む化合物からなる硬化成分(重合等により直接硬化に寄与する成分)をさすが、炭素原子を含んでいても蛍光体や重合開始剤、有機溶媒を含まない意味である。その他、厳密に対比する必要がある場合には、水や無機塩などの微量成分も除く意味である。
前記式(1)で表される特定イソシアヌレート化合物は、下記式(1−1)、(1−2)、又は(1−3)で表されるものであることが好ましい。本明細書では、この式(1−1)、(1−2)、又は(1−3)で表される化合物の総称としてイソシアヌレート化合物[A]と呼ぶ。
式中、R71、R72、及びR73はそれぞれ独立に、水素又はメチル基である。R74は、水酸基、炭素数1〜10のアルコキシ基、炭素数6〜24のアリールオキシ基、および式(II)で表されるアシルオキシ基の何れか1種以上である。
Laは式(1)と同義であり、好ましい範囲もそれと同様である。
式(1−2)で表される化合物が65質量%以上100質量%以下であることが好ましく、70質量%以上100質量%以下であることがより好ましく、80質量%以上100質量%以下であることが特に好ましい。
式(1−3)で表される化合物が0質量%以上25質量%以下であることが好ましく、0質量%以上15質量%以下であることがより好ましく、0質量%以上10質量%以下であることが特に好ましい。
本発明においては、前記特定イソシアヌレート化合物が、下記式(1−4)で表される化合物を1質量%以上50質量%未満含むことが好ましい。本明細書では、この式(1−4)で表される化合物をイソシアヌレート化合物[B]と呼ぶ。
アルキル基(好ましくは炭素原子数1〜20のアルキル基、例えばメチル、エチル、イソプロピル、t−ブチル、ペンチル、ヘプチル、1−エチルペンチル、ベンジル、2−エトキシエチル、1−カルボキシメチル等)、アルケニル基(好ましくは炭素原子数2〜20のアルケニル基、例えば、ビニル、アリル、オレイル等)、アルキニル基(好ましくは炭素原子数2〜20のアルキニル基、例えば、エチニル、ブタジイニル、フェニルエチニル等)、シクロアルキル基(好ましくは炭素原子数3〜20のシクロアルキル基、例えば、シクロプロピル、シクロペンチル、シクロヘキシル、4−メチルシクロヘキシル等)、アリール基(好ましくは炭素原子数6〜26のアリール基、例えば、フェニル、1−ナフチル、4−メトキシフェニル、2−クロロフェニル、3−メチルフェニル等)、ヘテロ環基(好ましくは炭素原子数2〜20のヘテロ環基、例えば、2−ピリジル、4−ピリジル、2−イミダゾリル、2−ベンゾイミダゾリル、2−チアゾリル、2−オキサゾリル等)、アルコキシ基(好ましくは炭素原子数1〜20のアルコキシ基、例えば、メトキシ、エトキシ、イソプロピルオキシ、ベンジルオキシ等)、アリールオキシ基(好ましくは炭素原子数6〜26のアリールオキシ基、例えば、フェノキシ、1−ナフチルオキシ、3−メチルフェノキシ、4−メトキシフェノキシ等)、アルコキシカルボニル基(好ましくは炭素原子数2〜20のアルコキシカルボニル基、例えば、エトキシカルボニル、2−エチルヘキシルオキシカルボニル等)、アミノ基(好ましくは炭素原子数0〜20のアミノ基、例えば、アミノ、N,N−ジメチルアミノ、N,N−ジエチルアミノ、N−エチルアミノ、アニリノ等)、スルホンアミド基(好ましくは炭素原子数0〜20のスルホンアミド基、例えば、N,N−ジメチルスルホンアミド、N−フェニルスルホンアミド等)、アシルオキシ基(好ましくは炭素原子数1〜20のアシルオキシ基、例えば、アセチルオキシ、ベンゾイルオキシ等)、カルバモイル基(好ましくは炭素原子数1〜20のカルバモイル基、例えば、N,N−ジメチルカルバモイル、N−フェニルカルバモイル等)、アシルアミノ基(好ましくは炭素原子数1〜20のアシルアミノ基、例えば、アセチルアミノ、ベンゾイルアミノ等)、シアノ基、ヒドロキシル基、又はハロゲン原子(例えばフッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子等)であり、より好ましくはアルキル基、アルケニル基、アリール基、ヘテロ環基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アルコキシカルボニル基、アミノ基、アシルアミノ基、シアノ基又はハロゲン原子であり、特に好ましくはアルキル基、アルケニル基、ヘテロ環基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アミノ基、アシルアミノ基又はシアノ基が挙げられる。
本発明の封止剤には、重合開始剤を含有させることが好ましい。
なかでもラジカル重合開始剤を配合することが挙げられる。
熱によって開裂して開始ラジカルを発生する熱ラジカル重合開始剤としては、メチルエチルケトンパーオキサイド、メチルイソブチルケトンパーオキサイド、アセチルアセトンパーオキサイド、シクロヘキサノンパーオキサイド及びメチルシクロヘキサノンパーオキサイドなどのケトンパーオキサイド類;1,1,3,3−テトラメチルブチルハイドロパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド及びt−ブチルハイドロパーオキサイドなどのハイドロパーオキサイド類;ジイソブチリルパーオキサイド、ビス−3,5,5−トリメチルヘキサノールパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド及びm−トルイルベンゾイルパーオキサイドなどのジアシルパーオキサイド類;ジクミルパーオキサイド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルペルオキシ)ヘキサン、1,3−ビス(t−ブチルペルオキシイソプロピル)ヘキサン、t−ブチルクミルパーオキサイド、ジ−t−ブチルパーオキサイド及び2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルペルオキシ)ヘキセンなどのジアルキルパーオキサイド類;1,1−ジ(t−ブチルペルオキシ−3,5,5−トリメチル)シクロヘキサン、1,1−ジ−t−ブチルペルオキシシクロヘキサン及び2,2−ジ(t−ブチルペルオキシ)ブタンなどのパーオキシケタール類;1,1,3,3−テトラメチルブチルペルオキシネオジカーボネート、α−クミルペルオキシネオジカーボネート、t−ブチルペルオキシネオジカーボネート、t−ヘキシルペルオキシピバレート、t−ブチルペルオキシピバレート、1,1,3,3−テトラメチルブチルペルオキシ−2−エチルヘキサノエート、t−アミルペルオキシ−2−エチルヘキサノエート、t−ブチルペルオキシ−2−エチルヘキサノエート、t−ブチルペルオキシイソブチレート、ジ−t−ブチルペルオキシヘキサヒドロテレフタレート、1,1,3,3−テトラメチルブチルペルオキシ−3,5,5−トリメチルヘキサネート、t−アミルペルオキシ−3,5,5−トリメチルヘキサノエート、t−ブチルペルオキシ−3,5,5−トリメチルヘキサノエート、t−ブチルペルオキシアセテート、t−ブチルペルオキシベンゾエート及びジブチルペルオキシトリメチルアジペートなどのアルキルパーエステル類;ジ−3−メトキシブチルペルオキシジカーボネート、ジ−2−エチルヘキシルペルオキシジカーボネート、ビス(1,1−ブチルシクロヘキサオキシジカーボネート)、ジイソプロピルオキシジカーボネート、t−アミルペルオキシイソプロピルカーボネート、t−ブチルペルオキシイソプロピルカーボネート、t−ブチルペルオキシ−2−エチルヘキシルカーボネート及び1,6−ビス(t−ブチルペルオキシカルボキシ)ヘキサンなどのパーオキシカーボネート類;1,1−ビス(t−ヘキシルペルオキシ)シクロヘキサン及び(4−t−ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカルボネートなどが挙げられる。
アゾ系(AIBN等)の重合開始剤として使用するアゾ化合物の具体例としては、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、1,1’−アゾビス−1−シクロヘキサンカルボニトリル、ジメチル−2,2’−アゾビスイソブチレート、4,4’−アゾビス−4−シアノバレリック酸、2,2’−アゾビス−(2−アミジノプロパン)ジハイドロクロライド等が挙げられる(特開2010−189471など参照)。
このようなラジカル重合開始剤としては、ベンゾインエーテル、2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オン〔IRGACURE651、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製、商標〕、1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン〔IRGACURE184、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製、商標〕、2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニル−プロパン−1−オン〔DAROCUR1173、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製、商標〕、1−[4−(2−ヒドロキシエトキシ)−フェニル]−2−ヒドロキシ−2−メチル−1−プロパン−1−オン〔IRGACURE2959、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製、商標〕、2−ヒドロキシ−1−[4−[4−(2−ヒドロキシ−2−メチル−プロピオニル)−ベンジル]フェニル]−2−メチル−プロパン−1−オン〔IRGACURE127、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製、商標〕、2−メチル−1−(4−メチルチオフェニル)−2−モルフォリノプロパン−1−オン〔IRGACURE907、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製、商標〕、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)−ブタノン−1〔IRGACURE369、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製、商標〕、2−(ジメチルアミノ)−2−[(4−メチルフェニル)メチル]−1−[4−(4−モノホリニル)フェニル]−1−ブタノン〔IRGACURE379、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製、商標〕、2,4,6−トリメチルベンゾイル−ジフェニル−ホスフィンオキサイド〔DAROCUR TPO、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製、商標〕、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)−フェニルホスフィンオキサイド〔IRGACURE819、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製、商標〕、ビス(η5−2,4−シクロペンタジエン−1−イル)−ビス(2,6−ジフルオロ−3−(1H−ピロール−1−イル)−フェニル)チタニウム〔IRGACURE784、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製、商標〕、1,2−オクタンジオン,1−[4−(フェニルチオ)−,2−(O−ベンゾイルオキシム)]〔IRGACURE OXE 01、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製、商標〕、エタノン,1−[9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9H−カルバゾール−3−イル]−,1−(O−アセチルオキシム)〔IRGACURE OXE 02、チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製、商標〕などを挙げることができる。
これらのラジカル重合開始剤は、一種を単独で又は二種以上を組み合わせて用いることができる。
中でも好ましくは、パーオキサイド化合物が挙げられ、パーブチルO(t−ブチルペルオキシ−2−エチルヘキサノエート、日油(株)社製)などを用いることができる。
なお、本発明においては、封止剤(硬化性組成物)を加熱のみにより重合させるようにしてもよく、重合開始剤を用いない構成としてもよい。
本発明の封止剤には、重合禁止剤を添加してもよい。前記重合禁止剤としては、例えば、ハイドロキノン、tert−ブチルハイドロキノン、カテコール、ハイドロキノンモノメチルエーテル等のフェノール類;ベンゾキノン、ジフェニルベンゾキノン等のキノン類;フェノチアジン類;銅類等を用いることができる。
重合禁止剤の含有量は特に限定されないが、有機硬化成分1部に対して、0〜20000ppm(質量部基準)、好ましくは100〜10000ppm、更に好ましくは300〜8000ppmで添加することが好ましい。重合禁止剤の添加量が少なすぎると、封止硬化時に、急激に発熱を生じながら重合が起こるため、リフレクターパッケージ基材との密着性が低下し、熱衝撃を与えた際に、封止材/基材界面で剥離が生じやすくなる。一方、重合禁止剤の添加量が多すぎると、大気下で硬化性組成物を硬化する際、硬化速度を著しく低下させ、表面硬化不良を引き起こす。
本発明においては、封止剤の有機硬化成分100質量部に対し蛍光体1〜40質量部を配合してなることが好ましく、2質量部以上30質量部以下であることがより好ましく、5質量部以上20質量部以下であることが特に好ましい。蛍光体としては、半導体発光素子からの光を吸収して蛍光を発することにより波長を変換するものであればよく、Eu、Ce等のランタノイド系元素で主に賦活される窒化物系蛍光体または酸窒化物系蛍光体、Eu等のランタノイド系、Mn等の遷移金属系の元素により主に賦活されるアルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体、アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体、アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体、アルカリ土類ケイ酸塩蛍光体、アルカリ土類硫化物蛍光体、アルカリ土類チオガレート蛍光体、アルカリ土類窒化ケイ素蛍光体、ゲルマン酸塩蛍光体、Ce等のランタノイド系元素で主に賦活される希土類アルミン酸塩蛍光体、希土類ケイ酸塩蛍光体、又はEu等のランタノイド系元素で主に賦活される有機及び有機錯体等から選ばれる少なくとも1以上であることが好ましい。より好ましくは、(Y,Gd)3(Al,Ga)5O12:Ce、(Ca,Sr,Ba)2SiO4:Eu、(Ca,Sr)2Si5N8:Eu、CaAlSiN3:Euなどが使用される。
本発明の封止剤には必要に応じて酸化防止剤を含有させることが好ましい。酸化防止剤としては、フェノール系酸化防止剤、リン系酸化防止剤、イオウ系酸化防止剤、チオエーテル酸化防止剤、ビタミン系酸化防止剤、ラクトン系酸化防止剤及びアミン系酸化防止剤などが挙げられる。
本発明の封止剤には、前記の酸化防止剤の他に、必要に応じて、滑剤、光安定剤、紫外線吸収剤、可塑剤、帯電防止剤、無機充填剤、着色剤、離型剤、難燃剤、酸化チタンや酸化ケイ素などの無機化合物との密着性改良を目的とした成分などを配合することができる。滑剤としては、高級ジカルボン酸金属塩及び高級カルボン酸エステル等を使用することができる。
酸化チタンや酸化ケイ素などの無機化合物との密着性改良を目的とした成分としては、シラン化合物のメタクリオキシ基やアクリロキシ基を含むシランカップリング剤などが挙げられる。これを上記封止剤に含有させ、重合、成形してもよい。
(封止方式)
本発明の好ましい実施形態における半導体発光装置は、上記の硬化性組成物(封止剤)を硬化することによって作製した封止材を具備してなる。硬化方法としては通常の熱硬化性樹脂の成形と同様の方法を用いることができる。例えば、上記の封止剤又はその予備重合物を用い、これらの液状樹脂の射出成形、圧縮成形、トランスファー成形及びインサート成形などで、重合・成形する方法が挙げられる。また、ポッティング加工やコーティング加工で成形体を得ることもできる。さらに、例えばUV硬化成形など光硬化樹脂の成形と同様の方法によっても成形体を得ることができる。
ここでポッティングについて説明する。ポッティングとは、前記リフレクターパッケージ基材のキャビティー(凹状空間)W(図1)の内部に前記封止液を吐出して内部を埋める操作を表す。硬化プロセスはポッティング後に封止液を充填されたリフレクターパッケージ(リフレクターパッケージ基材のほか、半導体発光素子、素子固定用接着部材、ボンディングワイヤ、電極を必要に応じて含むパッケージ)をオーブンなどの一般的な加熱装置に入れて硬化できるため、システムとしてはディスペンサと加熱装置だけの非常に単純な構成で済む。また、金型やマスクを必要としないため、デバイスの形状などの変更の際にも迅速かつ安価に対応することが可能であり、汎用性の高い封止方式といえる。更に、コンプレッションモールド成形やトランスファーモールド成形などのモールド成形方式においては金型に対する離型性の悪さ、封止液の廃棄率の高さ、粘度の制限などが問題であるが、ポッティング方式ではこれらの問題がない。
半導体発光素子としては、窒化ガリウム(GaN)系半導体からなる青色発光のLED(Light Emitting Diode)チップや、紫外発光のLEDチップ、レーザダイオードなどが用いられる。その他、例えば、MOCVD法等によって基板上にInN、AlN、InGaN、AlGaN、InGaAlN等の窒化物半導体を発光層として形成させたものも使用できる。フェースアップ実装される半導体発光素子や、フリップチップ実装される半導体発光素子のいずれも使用することができる。半導体発光素子は、典型例としては出光面側にn側電極とp側電極を持つ半導体発光素子が挙げられるが、一方の面にn側電極、反対の面にp側電極を持つ半導体発光素子も使用することができる。
パッケージとしては電極が一体成型されているもの、及びパッケージを成型した後にメッキなどにより回路配線として電極を設けたものを用いることができる。パッケージの形状としては、円柱、楕円柱、立方体、直方体、直方体と楕円柱の間の形状やこれらの組み合わせなど任意の形状を採用することができる。内壁部の形状は底部に対して任意の角度を選択でき底面に対して直角になる箱型形状や鈍角になるすり鉢形状を選択することができる。凹部の底の形状は平面状や凹み形状などの任意の形状が選択できる。また、実装方式としてトップビュー、サイドビューなど任意の実装方式に対応したパッケージを用いることができる。
パッケージを構成する素材としては、耐光性、耐熱性に優れた電気絶縁性のものが好適に用いられ、例えばポリフタルアミドなどの熱可塑性樹脂や、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などの熱硬化性樹脂、ガラスエポキシ、セラミックスなどを用いることができる。また、半導体発光素子からの光を効率よく反射させるためにこれらの樹脂に酸化チタンなどの白色顔料などを混合させることができる。パッケージの成形法としては、前記電極を予め金型内に設置して行うインサート成形、射出成形、押出成形、トランスファ成型などを用いることができる。
電極は、半導体発光素子と電気的に接続され、例えば、パッケージにインサートされた板状の電極や、ガラスエポキシやセラミックなどの基板に形成された導電パターンであってよい。電極の材質は、銀若しくは銀を含有した合金の他、銅や鉄などを主成分とする電極の一部上に銀若しくは銀を含有した合金がメッキされているものを用いることができる。
液晶ディスプレイのバックライトユニットなどに用いられる半導体発光素子のパッケージには薄型のものが求められる。より薄型のバックライトユニットとする場合、半導体素子の実装基板と平行に光を取り出す、いわゆるサイドビューパッケージを採用することが多い。サイドビューパッケージにおいてはアスペクト比(LEDが実装された面(底面9b[図1参照])の特定長さに対する光取り出し面から見た深さ(or キャビティの深さ)の比率)が大きくなり、封止材のリフレクターパッケージと接触する面積の比率が高くなるため、その界面の剥離が発生し易いという問題がある。
この構造からも分かるとおり、本アプリケーションに適用される半導体発光装置は狭小なスペースで十分な光度の光を照射しなければならず、高い性能と小型化が求められる。また、頻繁に交換できる部材ではなく、高い耐久信頼性が求められる。本発明によれば、このようなニーズに好適に対応することができる。
半導体発光装置は従来の試験方法において評価することができる。例えば電気特性、光特性、温度特性、熱特性、寿命、信頼性、安全性などが挙げられる。手法としては、例えば書籍『LED照明ハンドブック LED照明推進協議会編 株式会社オーム社発行』の第2章71ページから84ページに記載の手法や基準を採用することができる。
半導体発光装置は、光度の維持が要求される各種用途、例えば液晶ディスプレイ、携帯電話または情報端末等のバックライト、LEDディスプレイ、フラッシュライト、及び屋内外照明などに利用することができる。また、本発明で用いられるアクリル系封止材は、LEDやレーザダイオードのような発光素子だけでなく、受光素子、LSIやICなど半導体発光素子以外の半導体発光素子の封止にも利用することができる
〔封止液の調製〕
M215(商品名:東亞合成株式会社製[下記化合物1−1〜1−3の混合物])を用い、これを2官能モノマーのカラム精製品(下記化合物1−2(以下「IC」と称する))を得た。
市販の化合物についてはカタログ記載値を適用した。その他の分子量はGPCによってポリスチレン換算値を計測した。HPLCシステム(Alliance HPLC WATERS社)を用い、キャリアとしてトルエン(湘南和光純薬社)を用い(1cc/min)、カラムは有機溶媒用汎用カラム(Shodex LF804 昭和電工社)を2本連結させたものを用いた。
レオストレスRS6000(HAAKE社)を用いて粘度の測定を行った。センサーとしてコーン&プレートシステム(C35/1)を用い、せん断速度10sec−1、昇温レートは1℃/minで計測した。
以下の処方で比較のための封止剤試料c61を調製した。なお、本処方は、特開2003−261770号公報の明細書に記載された実施例1を参考にして設定したものである。
<c61>
イソシアヌルアクリレート化合物 IC 30.1g
充填剤(球状シリカ 平均粒径 0.5 μm) 32.1g
グリシドキシプロピルトリメトキシシラン 1.51g
アルミニウムトリスエチルアセトアセテート 0.30g
特開2003−261770号公報に記載の発明との対比を考慮し、そこで採用された評価である隙間浸透時間の測定を行った。具体的には、アルミ箔スペーサーを2枚のガラス板で挟み込んで、前記公報の図2のように15mm幅で長さ1.8cmの50μm厚みの隙間を作成した。このものをホットプレート上に静置して設定温度に調整した後、隙間の一辺に封止剤を垂らしてから一辺から1cmの位置に浸透した封止剤が到達するまでの時間を測定した。試験サンプルとしては、実施例1の試験101、107で採用した封止剤試料を採用した。その結果を下記に示す。
*2:c71,c72については、前記公報に23℃で測定されたと記載されている。
2 リフレクターパッケージ基材
3 封止材(硬化膜)
4 電極
6 ボンディングワイヤー
7 蛍光体
8 導電性接着剤
9a 出光面
9b 底面
21A、21B 偏光板
22 カラーフィルタ基板
23 液晶層
24 アレイ基板
25 導光板
26 バックライト
W 凹状空間(キャビティー)
Claims (12)
- 半導体発光装置用の封止剤をリフレクターパッケージのキャビティ内で硬化させて、半導体発光素子の少なくとも一部を覆う硬化膜を形成する熱硬化性の封止剤であって、
蛍光体を含有させて用いるものであり、
前記封止剤は硬化性化合物として、イソシアヌレート骨格を有するモノマー、ノルボルナン骨格を有するモノマー、アダマンタン骨格を有するモノマー、リン酸基含有モノマー、または下記式(21)で表されるビスフェニレン基を有するモノマーであってかつ平均分子量(ポリスチレン換算)1,000以下のアクリレートモノマーを含み、該封止剤の25℃における粘度η25が1,000mPa・sec以上1,000,000mPa・sec以下であり、かつ、50℃における粘度η50との比率η25/η50が10以上である半導体発光素子用封止剤。
- 前記アクリレートモノマーが前記封止剤中の有機硬化成分全量に対して70質量%超である請求項1に記載の半導体発光素子用封止剤。
- 前記アクリレートモノマーが水酸基(OH)含有化合物を含む請求項1または2に記載の半導体発光素子用封止剤。
- 前記アクリレートモノマーが、前記イソシアヌレート骨格を有するモノマー、前記リン酸基含有モノマーまたは前記ビスフェニレン基を有するモノマーである請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体発光素子用封止剤。
- 前記アクリレートモノマーが下記式(1)で表される化合物を含む請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体発光素子用封止剤。
- 前記封止剤の50℃における粘度η50が1mPa・sec以上5,850mPa・sec以下である請求項1〜5のいずれか1項に記載の半導体発光素子用封止剤。
- 2種類以上の前記アクリレートモノマーをブレンドして用いる請求項1〜6のいずれか1項に記載の半導体発光素子用封止剤。
- さらに蛍光体を含有させた請求項1〜7のいずれか1項に記載の半導体発光素子用封止剤。
- 前記蛍光体の平均粒径が1〜100μmである請求項8に記載の半導体発光素子用封止剤。
- 前記蛍光体の比重が2〜10である請求項8または9に記載の半導体発光素子用封止剤。
- 請求項1〜10のいずれか1項に記載の封止剤を硬化してなる硬化膜の製造方法。
- 半導体発光装置用の封止剤をリフレクターパッケージのキャビティ内で硬化させて硬化膜とする工程を有する半導体発光装置の製造方法であって、
請求項1〜10のいずれか1項に記載の半導体発光素子用封止剤を準備する工程、該封止剤をリフレクターパッケージのキャビティに充填する工程、充填された封止剤を25℃〜90℃の範囲で加熱して均熱する工程、および前記均熱後の充填材を100℃〜200℃の範囲で加熱して硬化する工程を含む半導体発光装置の製造方法。
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